純電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究(下)

接上篇
8 驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生
驅(qū) 動(dòng) 信 號(hào) 的 產(chǎn) 生 過 程 如 下 ： 將 電 阻 分 壓 獲 取 的 輸 出 電 壓 信 號(hào) 以 及 電 流 霍 爾 傳 感 器 采 集 的 輸 出 電 流 信 號(hào) 送 至 SG3525的誤差放大器的反相輸入端，由其產(chǎn)生兩路PWM方 波信號(hào)，6N137對該方波信號(hào)光耦隔離，并送至FAN7390進(jìn) 行功率放大和波形轉(zhuǎn)換，以驅(qū)動(dòng)半橋變換器。

圖6  高頻變壓器原邊電壓電流波形圖

圖7   功率因子校正波形圖

9 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)
保護(hù)電路具有過壓、欠壓、過流、過溫等保護(hù)功能，在 出現(xiàn)上述故障時(shí)，控制系統(tǒng)首先對故障的緊急程度進(jìn)行判斷， 當(dāng)出現(xiàn)過欠壓或者過溫警示信號(hào)時(shí)，實(shí)行限制輸出功率保護(hù)方 案；在出現(xiàn)過流、短路等故障時(shí)，控制主電路停止工作，保護(hù) 充電電源免受損壞。要使系統(tǒng)正常工作，需要重新開機(jī)。

10 單片機(jī)控制設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)的總體控制采用NEC的F0881單片機(jī)作為充電器 的"智能"中心，對充電過程進(jìn)行控制。由于采用智能充電， 電池每個(gè)階段所需的充電電壓和充電電流都不同， 則在充電 時(shí)該單片機(jī)對電池端的電流電壓信號(hào)進(jìn)行采集，分析處理， 模糊推理、模糊決策等，根據(jù)不同的狀態(tài)采用對應(yīng)的慢脈 沖、快速充電方法以及保證在各充電階段之間的穩(wěn)定切換， 對出現(xiàn)的各種故障和報(bào)警信號(hào)進(jìn)行處理，該部分還包括對電 流、電壓和溫度的采集以及顯示等，具體控制原理見圖4。
11 充電器CAN總線通訊協(xié)議定義
充電器通過CAN總線節(jié)點(diǎn)與電池管理系統(tǒng)通信，獲取 電池單體電壓值和電池溫度值。當(dāng)充電器監(jiān)測電池總電壓達(dá) 到預(yù)定值，則自動(dòng)停止充電；當(dāng)充電器接收信號(hào)（電池單體 電壓值和溫度值超過預(yù)定值），將自動(dòng)停止充電。
圖5為充電器CAN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，充電器和電池管理系統(tǒng)
都位于高速CAN線上，它們之間直接通訊，可靠性高，同 時(shí)把所有信息按照CAN協(xié)議發(fā)到CAN總線上。
表2為29標(biāo)識(shí)符的分配表：其中，優(yōu)先級(jí)為3位，可以 有8個(gè)優(yōu)先級(jí)；R一般固定為0；DP現(xiàn)固定為0；8位的PF為報(bào) 文的代碼；8位的PS為目標(biāo)地址或組擴(kuò)展；8位的SA為發(fā)送 此報(bào)文的源地址。低速CAN總線頻率為20KbPS，網(wǎng)絡(luò)地址分配及充電器的報(bào)文見表3、4、5。
為驗(yàn)證其實(shí)際運(yùn)行效果，采用220V±20% 的寬范圍交 流電源作為輸入電源， 并應(yīng)用電動(dòng)車用蓄電池帶載試驗(yàn)， 測得其PFC校正和半橋變換器原邊的電流電壓波形分別見圖
6所示。

圖5  充電器CAN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

圖7為滿載時(shí)的功率因數(shù)校正波形，可以得出開關(guān)管在
輸入電壓電流工頻過零點(diǎn)是完全處于截止?fàn)顟B(tài)的，PFC 電感 處于電感電流連續(xù)的工作模式，這樣保證輸入電流很好地跟 隨輸入電壓成正弦波，電路具有很高的功率因數(shù)。上圖為慢 脈沖充電模式下變壓器原邊的電壓電流波形，可以看出電壓 波形和電流波形相位一致性較好，開關(guān)管的波形與理論上分 析的完全一致，在開關(guān)管關(guān)斷瞬間電壓尖峰較小，說明變壓 器的漏感較小，功率轉(zhuǎn)換的損耗小，經(jīng)過不同充電階段不同 充電模式下的反復(fù)測試，結(jié)果表明該充電器性能穩(wěn)定，達(dá)到 了快速無損傷充電的目的，且整機(jī)的轉(zhuǎn)換效率在94%以上。

12 總結(jié)
本文根據(jù)整車參數(shù)需求對其充電系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行了匹配 設(shè)計(jì)，對APFC電路、半橋式逆變部分、高頻變壓器、吸收 回路及濾波回路、保護(hù)電路、單片機(jī)控制等進(jìn)行了開發(fā)設(shè) 計(jì)，并對充電器CAN總線通訊協(xié)議定義，經(jīng)過不同充電階 段不同充電模式下的反復(fù)測試，結(jié)果表明該充電器性能穩(wěn) 定，達(dá)到了快速無損傷充電的目的，且整機(jī)的轉(zhuǎn)換效率在
94%以上。